Aus dem Schadstoffeintrag in Trockenbecken im Verlauf von Hochwasserereignissen können negative Auswirkungen auf die dauerhafte, überwiegend landwirtschaftliche Nutzung der Retentionsräume resultieren. Im Folgenden werden Methoden zur Erarbeitung eines integrativen Bewirtschaftungskonzepts für Trockenbecken und Polder zur Hochwasserrückhaltung vorgestellt, welches neben einer rein mengenmäßigen Bewirtschaftung zur Reduzierung des Hochwasserrisikos im Unterliegerbereich auch ökologische und sozioökonomische Aspekte berücksichtigt.
Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 53. Jahrgang, Heft 3, Juni 2009
Autor/Autorin:
Annegret H. Thieken, Isabel Seifert, Florian Elmer, Holger Maiwald, Sören Haubrock, Jochen Schwarz, Meike Müller und Jens-Olaf Seifert
Schlagworte:
Bewertung von Hochwasserschäden, Erfassung von Hochwasserschäden, Hochwasserschäden
Trotz der hohen Anzahl an Hochwasserschadensfällen in den letzten Jahren stehen relativ wenige Daten für eine detaillierte Analyse von Schadensprozessen zur Verfügung. Solche Analysen sind für die Validierung und Weiterentwicklung von Schadensmodellen jedoch unerlässlich. Um die Datenlage in Deutschland langfristig zu verbessern, werden in diesem Beitrag Vorschläge für eine standardisierte Erhebung von Hochwasserschäden vorgestellt.
Das Lehrprogramm FLOODmaster vermittelt die komplexen Zusammenhänge eines integrierten Hochwasserrisikomanagements. Der Kurs basiert auf einer einheitlichen konzeptionellen Grundlage, dessen didaktischer Ansatz die Beteiligung von Teilnehmern mit unterschiedlichem beruflichem und kulturellem Hintergrund erlaubt. Das Blended Learning Konzept sowie ein internetbasiertes Lernmanagementsystem ermöglichen die Bereitstellung von Lehrmaterialien und ergänzenden Übungseinheiten für Präsenz- und Fernstudenten.
Modelluntersuchungen zur Veränderung von Hochwasserscheitelabflüssen im deutschen Elbelauf unter dem Einfluss möglicher Klimaänderungen
Weltweit zeigt sich, dass natürliche Systeme bereits auf die regionalen Klimaänderungen reagieren. Dies ist eine der Hauptaussagen des 2007 veröffentlichten 4. Sachstandsberichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC). Auch das Einzugsgebiet der Elbe wird hiervon nicht unbeeinflusst bleiben. Innerhalb der BMBF-Initiative “Risikomanagement extremer Ereignisse” (RIMAX) wurde dazu unter dem Schwerpunkt “Analysieren, Vorhersagen, Warnen” das Forschungsvorhaben “Veränderung und Management der Risiken extremer Hochwasserereignisse in großen Flussgebieten – am Beispiel der Elbe” (VERIS-Elbe) bearbeitet. Neben einer Modellierung der Hochwassergefahr unter Berücksichtigung von Klimaszenarien wurden in VERIS-Elbe auch die Vulnerabilität und Schadensentstehung auf der Makroskala raumzeitlich hochauflösend simuliert und Möglichkeiten des integrierten Risiko-Managements aufgezeigt.
Im Fokus des hier vorgestellten hydrologischen Teilthemas von VERIS-Elbe steht die Anwendung eines komplexen Modellsystems zur Berechnung der Veränderungen von Scheitelabflüssen extremer Hochwasserereignisse unter dem Einfluss ausgewählter zukünftiger Klimaprojektionen. Es ist zu prüfen, ob die unter dem Klimawandel meist vermutete Verschärfung der Hochwassersituation auch für das Elbeeinzugsgebiet signifikant nachgewiesen werden kann. Die Möglichkeiten und Grenzen des für das Einzugsgebiet der Elbe erprobten Modellsystems werden dabei näher erläutert. Als Ergebnis der Untersuchungen liegen Längsschnitte von Hochwasserabflüssen bestimmter Auftretenswahrscheinlichkeiten für den deutschen Elbelauf vor, welche Aussagen zur Wirkung veränderter meteorologischer Randbedingungen auf die Hochwassersituation an der Elbe ermöglichen. Die Aussagen beziehen sich dabei auf gegenwärtig vorliegende regionale Prognosen des Klimawandels.
Damit wird die Grundlage für weitergehende Untersuchungen zur Veränderung des Risikos extremer Hochwasser, z.B. für die Schadensmodellierung innerhalb von VERIS-Elbe geschaffen.
Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 53. Jahrgang, Heft 3, Juni 2009
Autor/Autorin:
Markus Pahlow, Andreas Schumann, David Nijssen, Bastian Klein, Matthias Kufeld, Holger Schüttrumpf, Jesko Hirschfeld und Ulrich Petschow
In Folge der großen Hochwasserkatastrophen um die Jahrtausendwende vollzog sich ein Paradigmenwechsel bei der Planung und Bewertung technischer Hochwasserrückhaltesysteme in Deutschland. Statt der sicherheitsorientierten Bemessung werden zunehmend risikobasierte Ansätze eingeführt. Dieser Entwicklung wurde im hier vorgestellten Planungs- und Bewertungsinstrumentarium technischer Hochwasserrückhaltesysteme durch die integrative Betrachtung von hydrologischen Risiken, technischen Möglichkeiten und sozioökonomischen Bewertungen Rechnung getragen. Für das technische Hochwasserrückhaltesystem an der Unstrut in Thüringen und Sachsen-Anhalt wurden sechs Ausbau- bzw. Betriebsszenarien untersucht. Hierzu wurde eine Vielzahl von hydrologischen Belastungen verwendet, wobei zusätzliche Charakteristika wie z.B. die Relation zwischen Scheitel und Fülle oder die Koinzidenz von Hochwassern in Teilgebieten berücksichtigt wurden. Diese Belastungsszenarien werden durch multivariate statistische Analysen mit Hilfe von Copulae in ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit bewertet. Da die hydrologische Datenbasis für derartige Analysen in der Regel nicht ausreicht, wurde eine stochastisch-deterministische Simulation genutzt, um lange künstliche Zeitreihen und somit Hochwasser verschiedener Ausprägung zu erzeugen. Der Flusslauf und das Überschwemmungsgebiet wurden mit einem gekoppelten 1-D/2-D- Modell hydraulisch abgebildet. Die Bewertung der einzelnen Ausbaustufen erfolgte mit einem Entscheidungsunterstützungssystem auf Basis eines fuzzyfizierten AHP- Ansatzes (AHP: Analytic Hierarchy Process). Es konnten sowohl die Optionen zur Verbesserung des Hochwasserrückhaltes als auch das Risiko zusätzlicher Schäden durch neu gebaute Flutpolder aufgezeigt und bewertet werden.
Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 53. Jahrgang, Heft 3, Juni 2009
Autor/Autorin:
Axel Möllmann, Maximilian Huber, Pieter A. Vermeer, Uwe Merkel und Bernhard Westrich
Schlagworte:
Bemessung von Hochwasserschutzbauwerken, probabilistische Analyse, Software, Versagenswahrscheinlichkeiten
Das PC-River-Projekt stellt interessierten Anwendern Software zur probabilistischen Bemessung von Hochwasserschutzbauwerken zur Verfügung. Das niederländische Programm PC-Ring, entworfen für das Rheindelta, wurde auf die Verhältnisse im Tiefland und in den Mittelgebirgen angepasst und eine Anbindung an hydraulische Modelle erstellt. Als Ergebnis erhält der Anwender Versagenswahrscheinlichkeiten für einzelne Schutzbauwerke und gesamte Projektgebiete. Somit wird die Grundlage für risikobasierte Hochwasserschutzpläne bereitet und endlich eine echte Vergleichsmöglichkeit für die Zuverlässigkeit unterschiedlicher Bauwerkstypen und Varianten geschaffen. Anhand einer Fallstudie werden Arbeitsablauf und Erfolg diskutiert.
Ziel dieser Studie ist der Vergleich unterschiedlicher Verfahren zur Regionalisierung stündlicher Niederschlagsmesswerte als Antrieb für die Abflusssimulation. Betrachtet werden die Interpolation punkthafter Ombrometermessungen, die unangeeichte Radarbeobachtung sowie vier Verfahren zur Aneichung der Radarbeobachtung durch Ombrometermessungen. Die Qualität der Niederschlagsschätzung wird zum einen in einer Kreuzvalidierung ermittelt, zum anderen aus der Güte simulierter Abflüsse. Für das untersuchte Einzugsgebiet im Ost-Erzgebirge ergibt die Kreuzvalidierung eine grundsätzliche Überlegenheit der Aneichung gegenüber der ausschließlichen Verwendung von Ombrometer- oder Radarbeobachtung. In der Abflusssimulation hingegen bleibt aus der Gruppe der Aneichverfahren allein das sog. Merging geringfügig überlegen. Die interpolierten Ombrometermessungen hingegen schneiden deutlich besser ab als in der Kreuzvalidierung, die übrigen Aneichverfahren sowie das unangeeichte Radar deutlich schlechter.
Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 53. Jahrgang, Heft 3, Juni 2009
Autor/Autorin:
Nils P. Huber, Daniel Bachmann, Uwe Petry, Julia Bless, Oliver Arránz-Becker, Andrea Altepost, Matthias Kufeld, Markus Pahlow, Gottfried Lennartz, Manfred Romich, Jürgen Fries, Andreas H. Schumann, Paul H. Hill, Holger Schüttrumpf und Jürgen Köngeter
Der Hochwasserschutz wird vielfach auf der Grundlage von Hochwasserrisikobetrachtungen geplant und aufeinander abgestimmt. Dies erfolgt beispielsweise im Rahmen der Erstellung von Hochwasseraktionsplänen (LAWA 1999). Verbreitet ist dabei eine szenarienbasierte Herangehensweise unter Fokussierung auf definierte Schutzgrade im Einzugsgebiet. Eine derartige Vorgehensweise deckt jedoch nicht das vollständige Spektrum komplexer Risikosituationen ab. Das Projekt REISE hat die Entwicklung eines Entscheidungshilfesystems zum Ziel. Dieses soll unter Einbindung von ökonomischen, ökologischen und psychosozialen Konsequenzen und Kostenaspekten in die Entscheidungsfindung zur Entwicklung von verbesserten und risikoangepassten Hochwasserschutzkonzepten beitragen. Im Folgenden wird das wissenschaftliche Konzept des REISE-Projektes vorgestellt.
Modellbasierte Managementsysteme für Flussgebiete mit Mehrzweckspeichern sind heutzutage unverzichtbar für eine optimale Bewirtschaftung. Es wird ein Managementsystem vorgestellt, das mit Hilfe evolutionärer Algorithmen sowohl für den Normalbetrieb als auch für den ereignisbezogenen Betrieb eines Mehrzweckspeichers mehrere Bewirtschaftungsziele gleichzeitig berücksichtigt. Das Ergebnis ist eine Menge von so genannten Pareto-optimalen Lösungen, die die effektivsten Kompromisse darstellen und als transparente Grundlage für Entscheidungsträger dienen können. Zielkonflikte und -synergien können erkannt und analysiert werden. Um die natürliche Abflussdynamik im Normalbetrieb zu berücksichtigen und somit die negativen ökologischen Auswirkungen im Unterlauf eines Mehrzweckspeichers zu minimieren, wird ein dynamisches Betriebsregelkonzept verwendet. Das hier vorgestellte Managementsystem eignet sich ebenfalls zum Einsatz einer adaptiven Steuerung, die auf einer Nachführung aktualisierter Vorhersagen basiert.
Ensemblevorhersagen zielen darauf, die Vorhersageunsicherheit einzurahmen und Wahrscheinlichkeitsangaben für das Überschreiten kritischer Werte zu ermöglichen. Hier wird ein Ensemblesystem für das operationelle Hochwassermanagement präsentiert, welches meteorologische Vorhersagen der drei Systeme COSMO-LEPS, SRNWP-PEPS und COSMO-DE zur Simulation von Abflussvorhersagen mit einem Niederschlag-Abfluss-Modell kombiniert. Es wurden Vorhersagen für das Mulde-Flusseinzugsgebiet aus den Jahren 2002 bis 2008 ausgewertet. Es zeigte sich, dass Ensembles eine bessere Einschätzung der Vorhersageunsicherheit ermöglichen. In Kombination mit einer ständigen Aktualisierung der Bewertung durch Kurzfristvorhersagen und Datenassimilation bieten sie einen Mehrwert für das Hochwassermanagement.
Eine große Unsicherheitsquelle bei der Hochwasservorhersage mittels räumlich verteilten Niederschlag-Abfluss Modelle stellt die raum-zeitliche Variabilität des Niederschlagsfeldes dar. Mangels geeigneter Daten wird in vielen Studien diese Unsicherheitsquelle nur unzureichend berücksichtigt. In der vorliegenden Studie werden Ensembles von jeweils 100 Niederschlagsrealisationen für mehrere Extremereignisse verwendet. Die Ensembles wurden mittels stochastischer Simulation in stündlicher Auflösung erzeugt. Mit diesem Datensatz ist es möglich, die spezifische Sensitivität der Modelle NASIM, LARSIM und WaSiM-ETH für ein kleines Einzugsgebiet zu bestimmen.
